管式法LDPE裝置反應(yīng)壓力波動(dòng)的分析及控制措施

張東升

摘 要：反應(yīng)器壓力的控制是高壓聚乙烯裝置控制中的一個(gè)重要工藝參數(shù)，反應(yīng)器壓力波動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響裝置的安全生產(chǎn)、產(chǎn)品性能和裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。本文對(duì)引起反應(yīng)器壓力波動(dòng)的各個(gè)因素進(jìn)行了分析，并提出了有效的預(yù)防及處理措施。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)器壓力;壓力波動(dòng);引壓管堵塞

中國(guó)石油化工股份有限公司齊魯分公司塑料廠低密度聚乙烯（LDPE）裝置采用荷蘭Stamicarbon公司無(wú)脈沖管式工藝，設(shè)計(jì)產(chǎn)能140 kt/a。隨著裝置運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，許多制約裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行和影響產(chǎn)品質(zhì)量的問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，其中反應(yīng)器壓力波動(dòng)問(wèn)題已經(jīng)成為影響裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的瓶頸之一。

一、反應(yīng)器壓力波動(dòng)的原因分析

1、反應(yīng)器壓力引壓管堵塞造成反應(yīng)器壓力波動(dòng)。

引壓管堵塞是造成反應(yīng)器壓力波動(dòng)的主要原因。由于反應(yīng)器壓力的引壓管線過(guò)長(zhǎng)，當(dāng)裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，高壓乙烯會(huì)在引壓管線內(nèi)自聚，形成超大分子聚合物，會(huì)堵塞引壓管線。此時(shí)不能測(cè)量出反應(yīng)器內(nèi)的真實(shí)壓力，測(cè)量值會(huì)比實(shí)際值滯后，如圖示，PCE101在自動(dòng)控制時(shí)，在0-10秒這段時(shí)間，由二次機(jī)出口壓力和第一注入點(diǎn)的壓力可看出，反應(yīng)器真實(shí)壓力在逐漸升高，而反應(yīng)器壓力測(cè)量值卻顯示不變，當(dāng)反應(yīng)器壓力增大到一定值時(shí)（在10秒時(shí)），引壓管突然被吹通，反應(yīng)器壓力立即反應(yīng)為真實(shí)壓力，壓力突然升高，此時(shí)由于反應(yīng)器出料閥投自動(dòng)，壓力出現(xiàn)大幅波動(dòng)。此圖描述是反應(yīng)器壓力小幅波動(dòng)，若引壓管堵塞嚴(yán)重，長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法反映真實(shí)壓力，致使反應(yīng)壓力過(guò)高，壓力大幅波動(dòng)，導(dǎo)致聯(lián)鎖停車(chē)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞設(shè)備。

2、二次機(jī)打氣量的變化會(huì)引起反應(yīng)器壓力波動(dòng)

由于二次機(jī)出口乙烯氣體全部給反應(yīng)器，二次機(jī)打氣量發(fā)生變化，將引起反應(yīng)器內(nèi)乙烯氣體量的變化，將直接導(dǎo)致反應(yīng)壓力的變化，若不及時(shí)調(diào)整，會(huì)引起二次機(jī)出入口、反應(yīng)器、高循系統(tǒng)壓力的惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致反應(yīng)器壓力過(guò)高，聯(lián)鎖停車(chē)。引起二次機(jī)打氣量變化的主要原因是二次機(jī)入口溫度和壓力的變化。

二次機(jī)入口溫度與二次機(jī)打氣量關(guān)系（壓力25MPa情況下）如圖：

由圖可知：二次機(jī)入口溫度低，打氣量大，入口溫度低，打氣量小。影響二次機(jī)入口溫度變化的主要情況是高循脫垢操作和環(huán)境溫度變化。高循脫垢時(shí)，由于高循換熱器的頻繁切換和頻繁的生降溫，導(dǎo)致高循系統(tǒng)溫度變化，引起K103入口溫度TIB102大幅波動(dòng)，從而造成K103打氣量波動(dòng)，引發(fā)反應(yīng)壓力波動(dòng)。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生急劇變化時(shí)，二次機(jī)入口溫度也會(huì)隨之變化，若高循系統(tǒng)不能及時(shí)調(diào)節(jié)，也會(huì)造成反應(yīng)器壓力波動(dòng)。

二次機(jī)入口壓力與二次機(jī)打氣量關(guān)系（壓力25MPa情況下）如圖：

由圖可知：二次機(jī)打氣量隨入口壓力增大而增大。二次機(jī)入口壓力受一次機(jī)出口壓力和高循壓力影響，若一次機(jī)出現(xiàn)故障或高循系統(tǒng)堵塞也將導(dǎo)致二次機(jī)入口壓力波動(dòng)，造成反應(yīng)器壓力波動(dòng)。

3、反應(yīng)器內(nèi)物料流動(dòng)狀況對(duì)反應(yīng)壓力的影響

根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)壓降公式：

ΔP=λ*ι*ρ*u2/2d

可知，流體在流動(dòng)過(guò)程中因克服內(nèi)摩擦而消耗能量，當(dāng)流體粘度增大，流動(dòng)阻力會(huì)增加，壓降增大，反之粘度減小，壓降減小;同時(shí)流動(dòng)摩擦因數(shù)λ改變也會(huì)影響壓降ΔP的變化。在本裝置流體粘度主要受物料熔融指數(shù)影響，而摩擦因數(shù)與反應(yīng)器粘壁狀況有關(guān)。生產(chǎn)中因物料流動(dòng)情況改變而引起反應(yīng)壓力變化的有以下幾種情況：

（1）反應(yīng)器在脫垢時(shí)由于反應(yīng)器內(nèi)粘壁狀況發(fā)生改變，脫垢后物料流動(dòng)變暢，流動(dòng)摩擦因數(shù)變小，反應(yīng)器壁和反應(yīng)器入口單向閥對(duì)物料流動(dòng)阻力減小，使整個(gè)反應(yīng)器壓降減小，此時(shí)反應(yīng)壓力如調(diào)節(jié)不及時(shí)會(huì)大幅下降。

（2）反應(yīng)水溫度過(guò)高或過(guò)低對(duì)壓力均有影響。溫度過(guò)低聚乙烯粘度增加，流動(dòng)阻力增大，靠近管壁側(cè)流動(dòng)變慢，壓降增大，壓力上升;反之溫度過(guò)高，聚乙烯粘度減小，靠近管壁側(cè)流動(dòng)變快，流動(dòng)阻力減小，節(jié)流現(xiàn)象減少，壓力下降。

（3）切換牌號(hào)時(shí)，由于產(chǎn)品熔融指數(shù)的改變，特別是由低指數(shù)向高指數(shù)切換時(shí)，指數(shù)變化比較大，物料粘度降低，反應(yīng)器器壁結(jié)垢狀況也相應(yīng)發(fā)生改變，流動(dòng)阻力減小，此時(shí)如不及時(shí)調(diào)整會(huì)引起壓力下降。

4、設(shè)備故障對(duì)反應(yīng)壓力的影響

因設(shè)備原因造成反應(yīng)器壓力波動(dòng)主要有兩種情況：一是反應(yīng)器出料閥發(fā)生故障。因反應(yīng)器出料閥直接控制反應(yīng)壓力，它發(fā)生故障直接會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)壓力大幅度波動(dòng)，反應(yīng)出料閥發(fā)生故障有多種情況，涉及到儀表等多方面，這里不做深究。二是二次機(jī)K103發(fā)生故障。K103發(fā)生故障會(huì)引起打氣量發(fā)生變化，也影響到反應(yīng)壓力波動(dòng)。

二、優(yōu)化日常操作，減少反應(yīng)器壓力波動(dòng)：

1、當(dāng)反應(yīng)器壓力引壓管線出現(xiàn)堵塞時(shí)，反應(yīng)壓力測(cè)量值已經(jīng)不能真實(shí)反映反應(yīng)器的真實(shí)壓力，測(cè)量值較實(shí)際值滯后。此時(shí)可根據(jù)引發(fā)劑第一注入點(diǎn)壓力PIF101和二次機(jī)出口壓力PIE113作為參照來(lái)控制反應(yīng)壓力。

以上是反應(yīng)器引壓管堵塞不嚴(yán)重時(shí)的操作，當(dāng)引壓堵塞嚴(yán)重時(shí)，必須停車(chē)吹掃引壓管。

2、當(dāng)二次機(jī)入口溫度TIB102發(fā)生大幅變化時(shí)，會(huì)引起二次機(jī)打氣量發(fā)生變化，最終導(dǎo)致反應(yīng)器PCE101壓力發(fā)生變化：TIB102↑ → PCE101↓;TIB102↓ → PCE101↑?；谝陨弦?guī)律，適時(shí)對(duì)高循換熱器進(jìn)行高循脫垢操作，并盡力維持高循系統(tǒng)溫度，確保二次機(jī)入口溫度保持穩(wěn)定。

若二次機(jī)入口溫度已出現(xiàn)大幅波動(dòng)時(shí)，要將反應(yīng)器壓力PCE101切換到手動(dòng)，穩(wěn)定住反應(yīng)壓力，待二次機(jī)入口溫度趨于穩(wěn)定時(shí)，再將PCE101投自動(dòng)。

3、反應(yīng)器脫垢時(shí)的相應(yīng)操作。反應(yīng)器脫垢時(shí)，反應(yīng)水溫由160℃升至200℃，反應(yīng)器壁結(jié)垢會(huì)逐漸沖刷掉，物料流動(dòng)阻力減小，當(dāng)PCE101手動(dòng)控制且輸出值不發(fā)生變化時(shí)會(huì)出現(xiàn)壓力下降，而且脫垢效果越好，PCE101壓力下降越大。此時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整PCE101輸出值，將其關(guān)小，以免發(fā)生壓力過(guò)低而觸發(fā)聯(lián)鎖。

4、反應(yīng)水溫對(duì)反應(yīng)器壓力也有一定影響。反應(yīng)器冷卻水溫度控制不能過(guò)低，反應(yīng)水溫低，冷熱流溫差大，換熱效果好，但反應(yīng)水溫過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致管內(nèi)聚乙烯粘度增大，流動(dòng)阻力會(huì)上升，造成管路壓降上升，引起反應(yīng)器壓力上升，對(duì)于不同MI的產(chǎn)品允許最低反應(yīng)水溫度：

MI > 1時(shí)? 允許最低水溫 140℃

MI ≤ 1時(shí)? 允許最低水溫 150℃

5、切換牌號(hào)時(shí)，由于產(chǎn)品熔融指數(shù)發(fā)生改變，管道物料粘度發(fā)生改變，從而造成管道自身節(jié)流情況發(fā)生改變，壓力發(fā)生變化。當(dāng)由低指數(shù)切換成高指數(shù)時(shí)壓力會(huì)下降，應(yīng)適當(dāng)開(kāi)大PCE101輸出值，當(dāng)由高指數(shù)切換成的指數(shù)時(shí)壓力會(huì)上升，應(yīng)適當(dāng)關(guān)小PCE101輸出值，以保證壓力控制平穩(wěn)。

6、當(dāng)PHVE101發(fā)生故障及K103發(fā)生故障時(shí)，反應(yīng)器壓力會(huì)發(fā)生大幅波動(dòng)，直接導(dǎo)致聯(lián)鎖停車(chē)。此時(shí)主要注意反應(yīng)溫度的變化，防止溫度過(guò)高引起高溫分解。

三、結(jié)論

反應(yīng)器壓力波動(dòng)是制約高壓聚乙烯裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行重要因素之一，甚至?xí)鹬卮蟀踩鹿实陌l(fā)生。由于影響反應(yīng)器壓力的因素有很多，在同類(lèi)同高壓裝置中也存在不同問(wèn)題，影響不盡相同，在以上分析中有很多缺陷和不足，只有通過(guò)不斷地分析、研究找出更好地解決辦法，進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)操作穩(wěn)定好反應(yīng)壓力，提高裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。

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